KR101800864B1

KR101800864B1 - 체액 분석 장치, 바이오센서, 및 바이오센서 제조 방법

Info

Publication number: KR101800864B1
Application number: KR1020160049815A
Authority: KR
Inventors: 김기태
Original assignee: 주식회사 디엠엑스
Priority date: 2016-04-25
Filing date: 2016-04-25
Publication date: 2017-12-20
Also published as: KR20170121421A; WO2017188463A1

Abstract

본 발명은 혈액, 요, 타액 등의 체액을 쉽고 간편하게 분석할 수 있는 체액 분석 장치, 그 장치에 사용할 바이오센서 및 바이오센서 제조 방법에 관한 것으로서, 모세관 현상으로 내부에 흡입되는 체액 속의 타겟 항원과 면역 반응시킬 항체에 발색 효소를 라벨링한 감지 항체를 내주면에 구비하는 가늘고 긴 관 형상의 모세관(11); 및 내부에 삽입되는 모세관(11)의 단부를 실링커넥터(160)로 실링하며 모세관(11)에 연통되는 시린지(170)를 구비하되, 시린지(170)의 내부에는 효소에 발색을 유발하는 기질(substrate)이 혼합된 세척액이 채워져 있으며, 외부로 노출된 노브(180)에 의해 시린지(170)의 세척액을 모세관(11)에 주입하여 세척과 동시에 발색을 일으킨 후, 발색 정도를 센서(150)로 감지하는 본체(100);를 포함하는 체액 분석 장치를 제공한다.

Description

체액 분석 장치, 바이오센서, 및 바이오센서 제조 방법{APPARATUS FOR ANALYSIS OF HUMAN BODY FLUID, BIO SENSOR AND BIO SENSOR MANUFACTURING METHOD}

본 발명은 혈액, 요, 타액 등의 체액을 쉽고 간편하게 분석할 수 있는 체액 분석 장치, 그 장치에 사용할 바이오센서 및 바이오센서 제조 방법에 관한 것이다.

혈액, 요, 타액 등의 체액을 분석하는 장치로서, 체액의 바이오 마커를 효소결합 면역흡착 측정법(Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay, ELISA)를 이용하여 검출 분석하는 장치가 있다.

효소결합 면역흡착 측정법(ELISA)는 발색 효소를 라벨링한 감지 항체(detection antibody)를 타겟 항원과 반응시키는 1차 반응, 감지 항체와 타겟 항원의 반응에 따른 복합체를 포획 항체(capture antibody)로 포획하는 2차 반응, 및 효소에 반응하는 기질을 주입하여 발색을 유도하는 발생 유도의 순서를 일반적으로 따라야 한다.

그렇지만, 등록특허 제10-1495665호에서 보여주는 바와 같이 일반적으로 효소결합 면역흡착 측정법은 96 웰플레이트(well plate) 위에서 수행되므로, 개인이 소지하며 필요에 따라 수시로 체액을 분석하는 데 이용하기란 매우 어렵다.

또한, 등록특허 제10-1565586호에서 보여주는 바와 같이 모세관 현상으로 체액 시료를 흡입하는 바이오센서를 이용하는 기술도 있으나, 그 구조가 복잡하고, 효소결합 면역흡착 측정법에 따른 절차를 수행하는 데 있어, 사용법도 복잡하다.

KR 10-1495665 B1 2015.02.16. KR 10-1565586 B1 2015.10.28.

본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 바이오센서를 쉽게 교체 사용하면, 작동법이 간편하여 일반 개인이 소지하며 어려움 없이 사용할 수 있는 체액 분석 장치, 바이오센서, 및 바이오센서 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 체액 분석 장치에 있어서, 모세관 현상으로 내부에 흡입되는 체액 속의 타겟 항원과 면역 반응시킬 항체에 발색 효소를 라벨링한 감지 항체를 내주면에 구비하는 가늘고 긴 관 형상의 모세관(11); 및 내부에 삽입되는 모세관(11)의 단부를 실링커넥터(160)로 실링하며 모세관(11) 내부에 연통시킨 시린지(170)를 구비하되, 시린지(170)의 내부에는 효소에 발색을 유발하는 기질(substrate)이 혼합된 세척액이 채워져 있으며, 외부로 노출된 노브(180)에 의해 시린지(170)의 세척액을 모세관(11)에 주입하여 세척과 동시에 발색을 일으킨 후, 발색 정도를 센서(150)로 감지하는 본체(100);를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 모세관(11)에서 체액이 흡입되는 입구에는 깔때기 형상으로 확관된 로딩부재(12)가 구비되고, 체액이 통과하는 다공질 채움재(13)가 로딩부재(12)에 채워짐을 특징으로 한다.

상기 모세관(11)은 상기 감지 항체를 상기 다공질 채움재(13)에 고르게 구비하고, 상기 센서(150)에 의해 감지되는 부위의 내주면에는 타겟 항원과 상기 감지 항체의 면역반응에 의한 복합체를 포획하는 포획 항체가 고정됨을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 바이오센서 제조 방법에 있어서, 발색 효소를 라벨링한 감지 항체(detection antibody)와 타겟 항원이 반응한 복합체의 포획을 위한 포획 항체(capture antibody)를 가늘고 긴 모세관(11)의 내주면에 고정하는 모세관 준비 단계; 상기 감지 항체를 고르게 분산되게 구비한 다공질 채움재(13)를 내부에 채워 넣은 깔때기 형상의 로딩부재(12)를 준비하는 로딩부재 준비 단계; 타겟 항원이 유입되는 모세관의 일측 단부에 로딩부재를 결합하는 모세관-로딩부재 결합 단계;를 포함함을 특징으로 한다.

상기 로딩부재 준비 단계는 다공질 채움재를 로딩부재(12)에 채우는 채움 단계; 상기 감지 항체를 포함한 용액을 다공질 채움재에 함침하는 함침 단계; 동결건조하는 동결건조 단계;를 포함함을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 바이오센서 제조 방법에 있어서, 가늘고 긴 중공관 형상의 모세관(11)의 하단을 깔때기 형상으로 확장하는 모세관 입구 확장 단계; 발색 효소를 라벨링한 감지 항체(detection antibody)와 타켓 항원이 반응한 복합체의 포획을 위한 포획 항체(capture antibody)를 모세관(11)의 내주면에 고정하는 포획 항체 형성 단계; 상기 감지 항체를 고르게 분산되게 구비한 다공질 채움재(13)를 깔때기 형상으로 확장한 모세관(11)의 하단에 채우는 감지 항체 형성 단계;를 포함함을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 바이오센서에 있어서, 가늘고 긴 중공관이며, 하단이 깔때기 형상으로 확장된 모세관(11); 깔때기 형상으로 확장한 모세관(11)의 하단에 채워지며, 발색 효소를 라벨링한 감지 항체(detection antibody)를 구비하는 다공질 채움재(13); 감지 항체와 항원 사이의 반응에 의한 복합체를 포획하기 위해 모세관(11)의 내주면에 고정한 포획 항체(capture antibody);를 포함함을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명은 효소결합 면역흡착 측정법(ELISA)에 따르면서, 항원과의 1차 반응 및 2차 반응을 순차적으로 유도하는 모세관과, 발색을 유도하여 발색 정도를 감지하는 본체로 이원화하여, 모세관을 교체하며 간편하게 사용할 수 있고, 노브의 조작으로 간단하게 발색을 유도하며 발색 정도를 감지하므로, 개인이 소지하며 사용 가능한 휴대용 장치로서 이용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 바이오센서(10)의 사시도(a) 및 단면도(b).
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 바이오센서 제조 방법의 순서도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 바이오센서(10)를 이용한 체액 분석 장치의 사시도(a) 및 측면도(b).
도 4는 바이오센서(10)를 본체(100)에 삽입하기 이전에 본체(100)를 거치대(200)에서 분리한 상태의 사시도
도 5는 바이오센서(10)를 본체(100)에 삽입한 후 거치대(200)에 거치하기 직전의 사시도(b).
도 6은 본체(100)의 단면도.
도 7은 도 6에서 센서(150), 실링커넥터(160), 시린지(170) 및 노브(180)만을 별도로 도시한 단면도.
도 8은 본체(100)의 정면 사시도.
도 9는 제1 커버(121)를 열었을 시의 배면 사시도.
도 10은 도 9에서 노브(180)를 일으켜 세운 상태의 도면.
도 11은 도 10에서 실링커넥터(160) 및 시린지(170) 분리한 도면.
도 12은 도 9에서 제2 커버(122)를 열었을 시의 배면 사시도.
도 13는 도 9에서 센서(150)가 설치된 부위의 확대 사시도(a) 및 튜브안내 지그(151)를 분리한 상태의 사시도(b).

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다.

<바이오센서>

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 바이오센서(10)의 사시도(a) 및 단면도(b)이다.

본 발명의 실시 예에 따른 바이오센서(10)는 모세관 현상에 의해 시료를 내부로 흡입하는 모세관(11), 내부에 다공질 채움재(13)가 채워지고 시료가 흡입되는 입구인 모세관(11)의 하측 개구에 장착되어 시료가 다공질 채움재(13)를 통과하며 모세관(11)의 내부로 흡입되게 하는 로딩부재(12), 다공질 채움재(13)에 구비되어 흡입되는 시료 내의 항원에 1차 면역반응하는 감지 항체(detection antibody, 14) 및 모세관(11)의 내주면에 구비되어 감지 항체(14)에 면역반응하며 모세관(11) 내부로 흡입되는 시료 내의 항원에 2차 면역 반응하는 포획 항체(capture antibody, 15)를 포함한다.

상기 모세관(11)은 가늘고 긴 투명성 중공관 형상으로 되어 있되, 체액을 모세관 현상에 의해 하측의 입구를 통해 흡입할 수 있는 내경을 갖게 구성되며, 예를 들면, 체액이 혈액인 경우에 0.9~1.1mm의 내경을 갖게 구성할 수 있다. 본 발명의 따르면, 모세관(11)을 또 다른 투명성 중공관(16)의 내부에 삽입하여서, 후술하는 센서(150)를 정확한 센싱의 위치에 맞출 시에 용이하게 하였다.

상기 로딩부재(12)는 깔때기 형상으로 구성되며, 상대적 작은 내경을 갖는 일단에 모세관(11)의 하측 입구를 삽입하여서, 모세관(11)의 하측 입구에서 보면 내부 통로가 하측으로 갈수록 점차 확장되게 한다.

상기 로딩부재(12)에 채워지는 상기 다공질 채움재(13)는 솜, 스폰지 및 유리 섬유 중에 어느 하나이거나 아니면, 구조적으로 메쉬 구조 또는 벌집 구조로 이루어질 수 있으며, 감지 항체(14)를 구비하여서, 통과하는 시료 내의 항원과 면역 반응시킨다.

이에, 상기 다공질 채움재(13)는 모세관 현상에 의해 모세관의 내부로 흡입되는 시료의 유동에 대해 저항을 가하는 감속 역할을 하므로, 시료 내의 항원과 감지 항체(14) 사이의 면역반응을 충분히 시킨 후 모세관 내의 포획 항체에 포획되게 한다. 이에, 시료 내의 항원을 정밀하게 검출할 수 있다.

아울러, 상기 다공질 채움재(13)는 시료에서 불순물을 걸러내는 필터 역할도 하지만, 기포 또는 거품을 제거하는 역할을 하여 항원을 정밀 검출할 수 있다.

여기서, 상기 감지 항체(14)는 체액 내의 타겟 항원과 특이적으로 면역 반응시킬 항체에 발색 효소를 라벨링한 것이다. 발색 효소로서는 예를 들면 양고추냉이 과산화효소(horseradish peroxidase, HRP)로 할 수 있으며, 기질(substrate)이 가해지면 발색한다.

상기 포획 항체(15)는 시료가 모세관 현상으로 모세관(11)에 유입되어 상승하는 중에 시료 내의 항원이 감지 항체(14)와 충분히 반응한 후 포획되도록 모세관(11)의 내주면 중에 적절한 높이에 구비되게 한다. 하기에서 설명하는 본 발명의 실시 예에 따른 체액 분석 장치를 참조하면, 바이오센서(10)를 본체(100)에 삽입하였을 시에 센서(150)가 배치된 위치에 해당하는 높이에 구비된다.

이와 같이 시료 내의 항원이 발색 효소를 라벨링한 감지 항체(14)와 면역 반응하여 생성된 복합체는 포획 항체(15)에 포획되므로, 효소에 의해 반응하여 발생을 유발하는 기질(substrate)을 모세관(11)의 내부에 주입하면, 포획된 복합체에서 효소와 기질 사이의 반응에 의해 발색하므로, 발색 정도를 광분석함으로써 항원을 정밀 검출할 수 있게 된다.

도 2는 상기한 바이오센서(10)의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 2를 참조하면, 바이오센서 제조 방법은 모세관(11)을 마련한 후 상기한 바와 같이 타겟 항원이 발색 효소를 라벨링한 감지 항체(14)와 특이적으로 반응하여 생성된 복합체의 포획을 위한 포획 항체(14)를 모세관(11)의 내주면에 고정하는 모세관 준비 단계(S10), 상기한 바와 같이 발색 효소를 라벨링한 감지 항체(14)를 고르게 분산되게 구비한 다공질 채움재(21)가 채워진 로딩부재(12)를 제조하는 로딩부재 준비 단계(S20), 및 모세관(11)의 일측 단부에 로딩부재(12)를 결합하는 모세관-로딩부재 결합 단계(S30)를 포함하여 이루어진다.

모세관 준비 단계(S10)에서 포획 항체(14)를 모세관(11)의 내주면에 고정하는 방법은 모세관(11)을 피라나용액(piranha solution)에 30분 정도 담가두며 90℃ 온도를 유지하여 내주면에 하이드록시 기능기를 형성하는 단계, 알데하이드 실란을 에탄올 용액으로 0.1% 용액을 만들어 모세관(11) 내부에 주입하고 1시간이 경과한 후 에탄올로 세척하고 120℃ 온도에서 10분 동안 베이킹하여 모세관(11) 내부에 알데하이드 기능기를 형성하는 단계, 및 포획 항체를 넣은 후 배양(incubation)하여 고정하는 단계의 순서로 이루어질 수 있다.

로딩부재 준비 단계(S20)는 모세관(11)의 단부에 끼움 결합할 수 있는 깔대기 형상의 로딩부재(12) 및 그 로딩부재(12)에 채워 넣을 다공질 채움재(13)를 준비한 후 다공질 채움재(13)를 로딩부재(12)에 채워 넣는 채움 단계(S21), 발색 효소를 라벨링한 감지 항체(14)를 다공질 채움재(20)에 고르게 함침시키는 함침 단계(S22), 및 동결건조하는 동결건조 단계(S23)의 순서로 할 수 있다.

여기서, 동결건조 단계(S23)는 상기 동결건조 단계는 -85℃ ~ -57℃의 온도를 유지하며, 1.5 ~ 3 시간 동안 동결한 후 진공에서 3 ~ 4.3 시간 동안 건조하는 것이 좋다. 즉, -20℃정도로 할 수 있지만, 감지 항체(14)를 다공질 채움재(12)에 고르게 함침시킨 상태 그대로 고정시키기 위해 상대적으로 낮은 온도를 유지하며 충분히 동결한 후, 진공 건조하는 방식을 채용한다. 상기한 온도, 동결 시간, 진공 건조 시간은 본 발명의 출원인이 반복 실험한 결과에서 얻은 적절한 값이었다.

한편, 상기 로딩부재(12)는 모세관(11)의 하단을 깔대기 형상으로 변형할 수도 있으며, 이 경우, 바이오센서 제조 방법은 다음과 같이 이루어질 수 있다.

바이오센서 제조 방법은 모세관(11)을 마련하여 모세관(11)의 하단을 깔때기 형상으로 확장하는 모세관 입구 확장 단계; 포획 항체(14)를 모세관(11)의 내주면에 고정하는 포획 항체 구비 단계; 발색 효소를 라벨링한 감지 항체(14)를 고르게 분산되게 구비한 다공질 채움재(21)를 깔때기 형상으로 확장한 모세관(11)의 하단에 채워지게 하는 감지 항체 구비 단계; 를 포함한다.

여기서, 상기 모세관 입구 확장 단계는 예를 들어 모세관(11)을 유리관으로 구성하는 경우 열을 가하며 모세관(11)의 하단을 깔때기 형상으로 변형한 후 식히는 과정으로 이루어질 수 있다.

<체액 분석 장치>

이하, 상기한 바와 제조한 바이오센서(10)를 일회용으로 교체사용하며 체액을 분석하는 체액 분석 장치에 대해 설명한다.

도 3에 도시한 결합 사시도(a) 및 측면도(b)와, 도 4 및 도 5에 도시한 분리 사시도를 참조하며 외형 및 사용법을 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 체액 분석 장치는 상기한 바이오센서(10), 손으로 잡고 바이오센서(10)를 하부에서 상부로 밀어 넣는 방식으로 하단에 삽입하게 하여 바이오센서(10)를 일회용으로 교체 사용할 수 있게 되어 있으며, 사용자 조작수단 및 발광 표시등이 구비된 본체(100), 및 본체(100)를 거치 사용하게 하는 거치대(200)를 포함하여 구성된다.

특히, 본체(100)는 외형적으로 대략 관 형상의 펜처럼 구성되어 손으로 잡고 사용하기에 간편하게 되어 있다.

거치대(200)는 본체(100)의 하부를 끼워 넣어 본체(100)를 비스듬히 세워 놓는 삽입구(210)를 구비하며, 이에, 체액을 분석할 시에 비스듬히 기울어진 상태로 다루게 되고 체액 분석에 소요되는 시간 동안 계속해서 들고 있지 아니하여도 되어 사용 편리성을 제공하며, 더욱이, 본체(100)를 움직이지 아니하게 안정된 상태로 두어 정확한 분석이 가능하게 되고, 사용하지 않을 시에도 거치하여 보관하기에도 용이하다. 여기서, 삽입구(210)는 상하로 관통되어 있어 바이오센서(10)에서 유출되는 시료를 배출할 수 있다.

이와 같이 구성되는 체액 분석 장치의 사용법은 다음과 같다.

먼저, 바이오센서(10)의 로딩부재(12)를 시료에 담가 모세관 현상으로 모세관(11) 내부로 시료를 흡입하여 흡입과정에서 감지 항체(14)에 의한 1차 면역반응 및 포획 항체(15)에 의한 2차 면역반응을 유도한다. 이와 같이 시료를 흡입한 바이오센서(10)를 도 4에 도시한 바와 같이 본체(100)에 삽입한 후 도 5에 도시한 바와 같이 본체(100)를 거치대(200)에 거치한다.

이후, 전원을 켜고 노브(180)를 소정 각도 회전시킨다. 물론, 충분한 면역반응을 위해서 중간에 대기 시간을 갖는 것도 좋다. 여기서 노브(180)의 회전은 감지 항체(14)에 라벨링된 발생 효소와 반응하는 기질이 포함된 세척액을 모세관(11)의 내부에 주입하기 위한 것이다. 이에, 효소가 발색하며, 본체(100)는 발색 정도를 램프의 색상으로 표시한다.

즉, 본체(100)는 발생 효소와 반응하는 기질이 포함된 세척액을 모세관(11) 내에 주입하며 발색 정도를 검출 및 검출 결과를 출력하는 구성요소로서, 도 6 내지 도 13을 참조하며 상세하게 설명한다.

도 6은 본체(100)의 단면도이고, 도 7은 도 6에서 센서(150), 실링커넥터(160), 시린지(170) 및 노브(180)만을 별도로 도시하여 단면도이다.

도 8은 본체(100)의 정면 사시도이다.

도 9 내지 도 10은 시린지(170)의 교체과정을 보여주는 도면들로서, 도 9는 제1 커버(121)를 열었을 시의 배면 사시도이고, 도 10은 도 9에서 노브(180)를 들어올린 상태의 도면이고, 도 11은 도 10에서 실링커넥터(160) 및 시린지(170)를 분리한 도면이다.

도 12는 도 9에서 제2 커버(122)를 열었을 시의 배면 사시도이고, 도 13은 도 9에서 센서(150)가 설치된 부위의 확대 사시도(a) 및 튜브안내 지그(151)를 분리한 상태의 사시도(b)이다.

먼저, 도 9 및 도 12를 참조하면, 상기 본체(100)는 상하로 길게 형성한 원통형의 관을 수직 절개하여 이등분하고, 이등분된 어느 하나를 케이스(110)로 하여 센서(150), 실링커넥터(160), 시린지(170), 노브(180) 및 회로기판(190)의 순서로 상하로 순차 배치되게 케이스(110)의 내부에 장착하고, 이등분된 다른 하나를 커버(120)로 하여 케이스(110)에 포개어, 원통형 몸체의 내부에 상기한 구성요소를 내장한 형태로 하였다.

여기서, 커버(120)는 하부측에 내장한 센서(150), 실링커넥터(160), 시린지(170) 및 노브(180)을 덮는 제1 커버(121)와, 회로기판(190)을 덮는 제2 커버(122)로 양분하여서, 제1 커버(121)는 하부에서 상부로 슬라이딩시켜 케이스(110)에 고정하고, 제2 커버(122)는 상부에서 하부로 슬라이딩시켜 케이스(110)에 고정한다. 이에, 제1 커버(121) 및 제2 커버(122)는 개별적으로 열 수 있다. 예를 들어, 제1,2 커버(121, 122)의 절개면에 인접한 내주면에 각각 길이 방향으로 슬롯을 형성하고, 슬롯에 끼움 결합하기 위한 돌기를 케이스(110)에 길이방향을 따라 조성하여서, 슬라이딩 방식으로 결합할 수 있다.

아울러, 케이스(110)와 커버(120)의 결합에 의한 원통형 몸체는 하단에 나사체결한 너트 형태의 하단 캡(140)과, 상단에 광확산 링(131)을 끼운 후 나사체결한 상단 캡(130)을 구비한다. 여기서, 광확산 링(131)은 후술하는 다색 엘이디(193)의 빛을 방사상으로 고르게 분산하여 보이게 하기 위한 링이다.

상기 하단 캡(140)은 도 6,8,9에 도시한 바와 같이 내부로 들어갈수록 내경이 점차 작아지는 튜브 관통구(141)를 구비하여서, 튜브 관통구(141)를 통해 바이오센서(10)를 몸체(100) 내부로 밀어넣을 수 있다.

상기 상단 캡(130)은 후술하는 단자(195)를 외부로 노출되게 구성된다.

한편, 캡(130,140)의 외경을 원통형 몸체의 외경과 일치시키기 위해서, 캡(130,140)에 나사체결되는 부위를 원통형 몸체의 상하단에 각각 조성하여 전체적으로 원통형을 유지하였다.

하단 캡(140)의 튜브 관통구(141)가 향하는 방향은 바이오센서(10)의 모세관(11)을 삽입하는 방향으로서, 본체(100)의 내부 중심을 길이방향으로 통과하는 방향으로 된다.

본체(100)의 내부에는, 하단 캡(140)의 튜브 관통구(141)를 통해 삽입되는 모세관(11)의 단부가 맞닿는 실링커넥터(160), 실링커넥터(160)를 통해 모세관(11)의 내부에 세척액을 주입하게 할 시린지(170), 및 시린지(170)의 주입 동작을 위한 노브(180)가 모세관(11)의 삽입방향을 따라 순차적으로 내장되어 있고, 상호 분리 가능하게 결합되며, 도 6,7의 단면도와 도 9,10,11의 창착 방식을 보여주는 사시도를 참조하며 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

상기 노브(180)는 힌지(182)에 의해 케이스(110) 내면에 장착한 핀 샤프트(183)를 삽입하기 위한 샤프트 삽입홈(184)을 모세관 삽입방향의 선상을 따라 상부에 조성하여서 핀 샤프트(183)에 결합한 상태로 핀 샤프트(183)를 축으로 회전시킬 수 있음은 물론이고, 힌지(182)를 축으로 회전시켜 케이스(110)에서 들어올릴 수 있으며, 하단에는 모세관 삽입방향의 선상을 따라 길게 시린지 삽입홈(181)을 조성하였다.

여기서, 케이스(110) 및 제1 커버(121)에는 각각 상기 노브(180)의 위치에 맞게 노브 노출용 창(112)이 조성되어 있어서, 사람 손으로 상기 노브(180)를 회전시킬 수 있다.

상기 시린지(170)는 사람 손에 의한 노브(180)의 회전 운동을 피스톤(174)의 왕복동 운동으로 변환하여 세척액을 주입하는 구성요소로서, 상하로 길게 형성하며 세척액이 채워지는 실린더(171), 실린더(171)에 삽입하여 상하 왕복동할 수 있게 한 피스톤(174), 실린더(171)의 상부 개구를 통해 삽입한 후 피스톤(174)에 고정하며 외주면에 수나사를 형성한 피스톤 로드(175), 실린더(171)의 상부 개구에 끼워 넣어 피스톤 로드(175)에 나사 체결되는 너트(173), 실린더(171)의 상단에 연장되게 구비되되 실린더(171)에 대해 회전 가능하게 장착되며 피스톤 로드(175)를 내부로 삽입할 수 있게 되어 있는 회전부재(176), 및 실린더(171)의 배출구인 하부 개구측 내주면에 끼워진 중공 형상의 밀폐부재(172)를 포함한다.

여기서, 상기 실린더(171)에 채워 넣는 세척액은 바이오센서(10)의 감지항체에 라벨링한 발색 효소와 효소-기질 반응하여 효소의 발색을 유도하는 기질이 포함된다. 예를 들면 세척액에 포함되는 기질은 TMB(Tetramethylbenzidine)으로 할 수 있다.

상기 회전부재(176)는 실린더의 길이방향을 축으로 회전 가능하게 장착되고, 상기 노브(180)의 삽입홈(181)에 끼워져 상기 노브(180)에 의해 회전한다. 예를 들어, 회전부재(176)의 외주면에 상하로 길게 면취하고, 회전부재(176)의 외주면 형상에 맞게 상기 시린지 삽입홈(181)을 조성하여 삽탈 가능하게 한다.

아울러, 상기 회전부재(176)는 피스톤 로드(175)를 내부로 삽탈 가능하게 한다. 여기서도, 피스톤 로드(175)의 외주면(즉, 나사산이 형성된 면)에 상하로 길게 면취하고, 피스톤 로드(175)가 삽입되는 회전부재(176)의 내면에도 그 면취된 면에 밀착하는 면을 갖게 하여서, 회전부재(176)의 회전에 따라 피스톤 로드(175)도 같이 회전하게 한다. 그러면 피스톤 로드(175)는 너트(173)에 나사 쳬결되어 있으므로, 회전 방향에 따라 피스톤(174)을 상하로 왕복동시킬 수 있게 된다. 그리고, 세척액은 피스톤(174)의 직진 운동에 의해 밀폐부재(172)의 내부 중공을 통해 외부로 배출된다.

한편, 케이스(110)에는 실린더(171)의 위치에 맞게 잔량 확인창(111)이 조성되어서, 외부에서 세척액의 잔류량을 확인할 수 있다.

상기 실링커넥터(160)는 상단에서 하단에 이르는 내부 통로(161)를 구비하고, 내부 통로(161)의 하단측 입구 주변을 파내어 조성한 수용홈(162)을 구비한다. 그리고, 실링커넥터(160)는 상단을 상기 밀폐부재(172)에 삽입하고 나머지 노출되는 부위를 고무 탄성(rubber elasticity) 재질의 실링부재(163)로 감싸되, 내부 통로(161)의 하단측 입구를 감싸는 부위(즉, 수용홈(162)을 감싸는 부위)에는 모세관(11)의 외경보다는 약간 작은 직경의 구멍을 구비한 실링부재(163)로 감싼다.

이와 같이 시린지(170)에 실링커넥터(160)를 장착함으로써, 본체(100)의 내부로 삽입되는 모세관(11)의 단부는 실링부재(163)의 구멍을 벌리며 관통하여 수용홈(162) 내로 인입한 후 내부 통로(161)의 입구 부위에 맞닿아, 모세관(11)의 내부가 내부 통로(161)를 경유하여 시린지(170)의 실린더(171)에 연통되게 하고, 고무 탄성 재질의 실링부재에 의해서 모세관(11)을 파지하면서 실링하게 된다.

이와 같이, 실링커넥터(160)를 장착한 시린지(170)를 노브(180)에 삽탈 가능하게 고정함으로써, 도 9 내지 도 11에 도시한 바와 같이 하단 캡(140) 및 제1 커버(121)를 분리한 후 노브(180)를 케이스(110)로부터 일으켜 세우면, 시린지(170)를 분리하여 교체하거나 아니면 시린지(170)에 세척액을 보충할 수 있다. 실링 커넥터(160)는 세척하여 재사용하여도 좋다.

한편, 케이스(110)에는 실링커넥터(160) 및 시린지(170)를 모세관의 삽입방향을 따라 일직선으로 놓이게 하고, 모세관을 안정적으로 안내하기 위한 리브(113, 114, 115, 116)를 구비한다. 도 9 및 도 10을 참조하면, 리브는 하단 캡(140)의 튜브 관통부(141)에 삽입되는 모세관(11)이 관통한 후 실링커넥터(160)를 향하게 안내하는 튜브 안내용 리브(113), 실링부재(163)로 감싼 실링 커넥터(160)를 안착하는 커넥터 안착용 리브(114), 시린지(170)를 안착하는 시린지 안착용 리브(115), 및 시린지(170)를 안착하면서 시린지(170)의 회전을 방지하는 시린지 고정용 리브(116)를 포함한다.

여기서, 시린지(170)의 실린더(171) 외주면에 돌기를 조성하고, 시린지 고정용 리브(116)에는 시린지(170)를 안착할 시에 돌기에 끼움 결합되되 빼냄이 가능한 홈을 조성할 수 있다. 이러한 시린지 고정용 리브(116)는 시린지(170)에서 회전부재(176)가 회전할 시에 실린더(171)는 회전하지 아니하게 고정하는 역할을 한다.

또한, 케이스(110)에는 삽입되는 모세관(11)의 주변, 즉, 상기 튜브 안내용 리브(113)와 실링커넥터(160)의 사이에 센서(150)를 구비한다.

도 13을 참조하면, 센서(150)는 상호 마주하는 발광부와 수광부로 구성되고, 모세관(11)의 내주면에 고정한 포획 항체(15)가 발광부와 수광부 사이에 있도록 배치되어 발광부에서 비춘 레이저광이 모세관(11)을 관통하여 수광부로 수광되게 한다. 이에, 기질이 포함된 세척액을 모세관에 주입함에 따라 포획 항체(15)에 포획된 발색 효소-감지 항체-항원의 복합체에서 효소-기질 반응에 의해 나타나는 발색 정도를 감지할 수 있다.

본 발명에 따르면, 발광부와 수광부의 사이에 튜브안내 지그(151)가 배치된다. 튜브안내 지그(151)는 모세관(11)을 관통시킬 튜브 관통구(151)와, 튜브 관통구(151)에 연통시키되 상호 대향하게 하여 발광부를 향하는 것과 수광부를 향하는 것으로 2개소 조성한 횡방향 관통구(153)를 구비한다. 이에, 어느 한쪽 횡방향 관통구(153)를 통해 발광부의 레이저를 비추고, 다른 한쪽 횡방향 관통구(153)를 통해 수광부로 수광하게 한다.

아울러, 각각의 횡방향 관통구(153)는 튜브 관통구(151)에 이어지는 부위부터 외측으로 갈수록(즉, 발광부 또는 수광부를 갈수록) 내경이 확장된 형상을 갖춘다. 그리고, 튜브안내 지그(151)의 하부, 즉, 발광부와 수광부를 세워 설치한 작은 크기의 기판 상에는 웅덩이 역할을 하는 요홈(154)이 조성된다. 이에, 모세관(11)을 몸체(100) 외부로 빼낼 시에 튜브 관통구(152)에서 모세관(11) 내의 세척액 또는 시료가 누설되어 횡방향 관통구(153)를 막거나 아니면 방울 형태로 맺히는 현상이 발생할 수 있으나, 횡방향 관통구(153)의 확관된 형상에 의해 쉽게 배출되어 이러한 현상이 발생하지 아니하며, 배출된 액은 요홈(154)에 고이게 한 후 자연 증발되게 할 수 있다. 여기서, 튜브안내 지그(151)는 센서(150)의 발광부 및 수광부와의 사이에 간격이 있게 하여서 액을 요홈(154)에 고이게 한다.

회로기판(190)은 몸체(100)의 내부 공간 중에 제2 커버(122)로 열리는 공간, 즉, 노브(180)보다 위에 내장되며, 일면에는 전원 공급을 위한 배터리(194)를 설치하고, 타면에는 도 6에 도시한 바와 같이 케이스 외부로 노출시킨 버튼(191), 케이스 외부로 보이게 한 전원 표시등(192), 및 상기 광확산 링(131)을 통해 외부에서 발광 빛의 색깔을 볼 수 있게 한 다색 엘이디(193)를 설치하며, 상단 캡(130)에 설치한 단자(195)에도 전기적으로 연결되어 배터리 충전 또는 외부와의 인터페이스가 가능하다.

여기서, 버튼(191) 및 노브(180)의 조작에 의한 본 발명의 사용법이 다음 예와 같이 이루어지도록 제어하는 컨트롤러용 마이크로프로세서를 회로기판(190)에 실장할 수 있다.

체액을 내부로 주입한 모세관(11)을 본체(100)에 삽입한 후, 버튼(191)을 3초 이상 길게 누르면, 전원을 온하고, 이후 노브(180)를 회전시켜 모세관(11)에 세척액을 주입하여 세척과 동시에 효소-기질 반응을 유도한 후, 버튼(191)을 1초 이내로 짧은 누르면, 센서(150)로 센싱 동작하여 다색 엘이디(193)의 녹색, 황색, 적색 엘이디 중에 발색 정도에 대응되는 색상의 엘이디를 발광시킨다.

이후, 버튼을 1초 이내로 짧게 다시 누르면, 대기모드로 진입하여 다른 모세관(11)에 대한 검출을 수행할 수 있게 하고, 이후, 버튼(191)를 3초 이상 길게 누르면, 전원을 오프시킨다.

이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.

10 : 바이오센서
11 : 모세관 12 : 로딩부재 13 : 다공질 채움재
14 : 감지 항체(detection antibody)
15 : 포획 항체(capture antibody)
16 : 투명성 중공관
100 : 본체
110 : 케이스
111 : 잔량 확인창 112 : 노브 노출용 창
113 : 튜브 안내용 리브 114 : 커넥터 안착용 리브
115 : 시린지 안착용 리브 116 : 시린지 고정용 리브
120 : 커버 121 : 제1 커버 122 : 제2 커버
130 : 상단 캡 131 : 광확산 링
140 : 하단 캡 141 : 튜브 관통구
150 : 센서 151 : 튜브안내 지그 152 : 튜브 관통구
153 : 횡방향 관통구 154 : 요홈
160 : 실링커넥터 161 : 통로 162 : 수용홈
163 : 실링부재
170 : 시린지 171 : 실린더 172 : 밀폐부재
173 : 너트 174 : 피스톤 175 : 피스톤 로드
176 : 회전부재
180 : 노브 181 : 시린지 삽입홈 182 : 힌지
183 : 핀 샤프트 184 : 샤프트 삽입홈
190 : 회로기판 191 : 버튼 192 : 전원 표시등
193 : 다색 엘이디 194 : 배터리 195 : 단자
200 : 거치대
210 : 삽입구

Claims

모세관 현상으로 내부에 흡입되는 체액 속의 타겟 항원과 면역 반응시킬 항체에 발색 효소를 라벨링한 감지 항체를 내주면에 구비하는 가늘고 긴 관 형상으로 구성되고, 체액이 흡입되는 입구에는 깔때기 형상으로 확관된 로딩부재(12)가 구비되며, 체액이 통과하는 다공질 채움재(13)가 로딩부재(12)에 채워지는 모세관(11); 및
내부에 삽입되는 모세관(11)의 단부를 실링커넥터(160)로 실링하며 모세관(11) 내부에 연통시킨 시린지(170)를 구비하되, 시린지(170)의 내부에는 효소에 발색을 유발하는 기질(substrate)이 혼합된 세척액이 채워져 있으며, 외부로 노출된 노브(180)에 의해 시린지(170)의 세척액을 모세관(11)에 주입하여 세척과 동시에 발색을 일으킨 후, 발색 정도를 센서(150)로 감지하는 본체(100);
를 포함하는 체액 분석 장치.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 모세관(11)은 상기 감지 항체를 상기 다공질 채움재(13)에 고르게 구비하고, 상기 센서(150)에 의해 감지되는 부위의 내주면에는 타겟 항원과 상기 감지 항체의 면역반응에 의한 복합체를 포획하는 포획 항체가 고정되는 체액 분석 장치.
제 3항에 있어서,
상기 다공질 채움재(13)는 메쉬 또는 벌집 구조로 이루어지는 체액 분석 장치.
제 1항에 있어서,
상기 본체(100)는 삽입되는 모세관(11)의 주변에 배치하는 센서(150)와, 삽입되는 모세관(11)의 삽입 방향을 따라 순차적으로 상호 분리 가능하게 결합시킨 실링커넥터(160), 시린지(170) 및 노브(180)를 케이스(110)에 장착하고 탈착 가능한 커버(120)로 덮어, 외형적으로 손으로 파지할 수 있는 관의 형상을 갖추되,
상기 시린지(170)는 노브(180)의 회전 운동을 피스톤(174)의 직진 운동으로 변환하여 세척액을 주입하며,
상기 노브(180)는 케이스(110)에 힌지 결합한 핀 샤프트(183)에 회전 가능하게 일측을 결합하고, 시린지(170)를 타측에 탈착 가능하게 결합하여 회전에 의해 시린지(170)의 세척액을 주입하게 하며, 커버(120)를 열은 후 힌지를 축으로 일으켜 세워 시린지(170)를 교체하게 한 체액 분석 장치.
제 1항에 있어서,
상기 시린지(170)의 배출구 내주면에는 중공의 밀폐부재(172)가 끼워지며,
상기 실링커넥터(160)는 일측에서 타측에 이르는 내부 통로(161)를 구비하고, 일측을 상기 밀폐부재(172)에 끼운 후 노출되는 부위를 고무 탄성 재질의 실링부재(163)로 감싸되 내부 통로의 입구가 있는 위치에는 내부 통로의 내경보다 작은 구멍을 실링부재(163)에 조성하며, 실링부재(163)의 구멍을 벌리며 관통하는 모세관(11)의 단부를 내부 통로의 입구에 맞닿게 하며 내부 통로(161)를 통해 모세관 내부와 시린지의 내부를 연통시키는 체액 분석 장치.
제 1항에 있어서,
상기 센서(150)는 모세관(11)을 관통시킬 튜브 관통구(152)에 연통시킨 상호 대향하는 2개소 횡방향 관통구(153)를 구비한 튜브안내 지그(151)와 결합되어, 일측 횡방향 관통구(153)를 통해 발광부로 레이저를 비추고 타측 횡방향 관통구를 통해 수광부로 수광하여 센싱하며,
각각의 횡방향 관통구(153)는 튜브 관통구(152)에 이어지는 부위부터 외측으로 갈수록 내경이 확장되어 있고,
발광부와 수광부 사이에는 횡방향 관통구(153)를 통해 유출되는 액을 고이게 하여 증발되게 할 요홈(154)이 조성되는 체액 분석 장치.
발색 효소를 라벨링한 감지 항체(detection antibody)와 타겟 항원이 반응한 복합체의 포획을 위한 포획 항체(capture antibody)를 가늘고 긴 모세관(11)의 내주면에 고정하는 모세관 준비 단계;
상기 감지 항체를 고르게 분산되게 구비한 다공질 채움재(13)를 내부에 채워 넣은 깔때기 형상의 로딩부재(12)를 준비하는 로딩부재 준비 단계;
타겟 항원이 유입되는 모세관의 일측 단부에 로딩부재를 결합하는 모세관-로딩부재 결합 단계;
를 포함하는 바이오센서 제조 방법.
제 8항에 있어서,
상기 로딩부재 준비 단계는
다공질 채움재를 로딩부재(12)에 채우는 채움 단계;
상기 감지 항체를 포함한 용액을 다공질 채움재에 함침하는 함침 단계;
동결건조하는 동결건조 단계;
를 포함하는 바이오센서 제조 방법.
제 9항에 있어서,
상기 동결건조 단계는 -85℃~ -57℃의 온도를 유지하며, 1.5 ~ 3 시간 동안 동결한 후 진공에서 3 ~ 4.3 시간 동안 건조하는 바이오센서 제조 방법.
가늘고 긴 중공관 형상의 모세관(11)의 하단을 깔때기 형상으로 확장하는 모세관 입구 확장 단계;
발색 효소를 라벨링한 감지 항체(detection antibody)와 타켓 항원이 반응한 복합체의 포획을 위한 포획 항체(capture antibody)를 모세관(11)의 내주면에 고정하는 포획 항체 형성 단계;
상기 감지 항체를 고르게 분산되게 구비한 다공질 채움재(13)를 깔때기 형상으로 확장한 모세관(11)의 하단에 채우는 감지 항체 형성 단계;
를 포함하는 바이오센서 제조 방법.
가늘고 긴 중공관이며, 하단이 깔때기 형상으로 확장된 모세관(11);
깔때기 형상으로 확장한 모세관(11)의 하단에 채워지며, 발색 효소를 라벨링한 감지 항체(detection antibody)를 구비하는 다공질 채움재(13);
감지 항체와 항원 사이의 반응에 의한 복합체를 포획하기 위해 모세관(11)의 내주면에 고정한 포획 항체(capture antibody);
를 포함하는 바이오센서.